偏振操控圖像和雙光子熒光偏振調(diào)制的研究.pdf

1、受益于高方向性、高亮度的激光光源，在進(jìn)入21世紀(jì)后光學(xué)信息存儲(chǔ)獲得飛速的發(fā)展并正式步入實(shí)際應(yīng)用范疇。相比于磁存儲(chǔ)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)，光存儲(chǔ)具有更高的存儲(chǔ)密度和信噪比并且可以重復(fù)擦寫等優(yōu)勢(shì)，順應(yīng)時(shí)代的潮流，具有不可估量的應(yīng)用前景。近年來(lái)，有機(jī)高分子材料在光學(xué)邏輯、光學(xué)存儲(chǔ)、光纖通信、光限幅以及光學(xué)顯微等方面都表現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用價(jià)值，相比于無(wú)機(jī)材料材料來(lái)說(shuō)這類材料非線性系數(shù)更好、非線性響應(yīng)速度更快、光學(xué)損傷閾值更高且分子結(jié)構(gòu)容易根據(jù)實(shí)際需求而修改

2、等優(yōu)勢(shì)，因此正式步入光學(xué)應(yīng)用的黃金期后，有機(jī)高分子材料的研究獲得了急速的發(fā)展。其中最為典型的類光學(xué)材料便是偶氮聚合物材料，當(dāng)出現(xiàn)吸收帶內(nèi)的強(qiáng)激光泵浦下，偶氮材料具有出色的光致各向異性，使得該類材料在光學(xué)存儲(chǔ)應(yīng)用方面有著很大的應(yīng)用前景。另外，雙光子熒光成像技術(shù)由于雙光子熒光的非線性本質(zhì)具有強(qiáng)穿透力、很強(qiáng)的選擇激發(fā)性、高橫向及縱向分辨率并且降低生物組織對(duì)激發(fā)光的吸收和散射等特點(diǎn)，因此針對(duì)雙光子熒光的調(diào)控技術(shù)對(duì)雙光子熒光應(yīng)用來(lái)說(shuō)是有趣并且具有

3、廣泛的應(yīng)用前景。在本論文中，我們運(yùn)用偶氮聚合物材料優(yōu)秀的光致各向異性以及一類 D-π-A材料優(yōu)異的雙光子熒光效應(yīng)對(duì)非線性光學(xué)應(yīng)用以及雙光子熒光偏振調(diào)制進(jìn)行了一系列的研究。
　　第一章，描述了信息存儲(chǔ)的研究史，其中重點(diǎn)介紹了光信息存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展史，對(duì)現(xiàn)階段應(yīng)用較為廣泛的的全息存儲(chǔ)與偏振全息光存儲(chǔ)的存儲(chǔ)機(jī)理和特點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的描述，并且分析了相比于普通的全息存儲(chǔ)，偏振全息存儲(chǔ)的優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用前景進(jìn)而引出本論文中最重要的研究材料：偶氮材料，隨

4、后介紹了含偶氮功能團(tuán)材料的結(jié)構(gòu)特征和光致各向異性。最后對(duì)雙光子熒光的應(yīng)用發(fā)展進(jìn)行介紹，分析了雙光子熒光在應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)及發(fā)展瓶頸。最后引出本文的創(chuàng)新點(diǎn)并概述了本文的主要提綱。
　　第二章，研究了偶氮聚合物材料的光致雙折射性質(zhì)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了理論分析。結(jié)果表明在室溫下偶氮側(cè)鏈液晶材料樣品的雙折射存儲(chǔ)非常穩(wěn)定，在關(guān)閉泵浦光后會(huì)弛豫到一穩(wěn)定數(shù)值并且長(zhǎng)時(shí)間保持不變，是一種非常適合進(jìn)行偏振全息存儲(chǔ)的材料。并且研究了外界條件（泵浦光強(qiáng)和溫

5、度）對(duì)材料光致雙折射的影響，發(fā)現(xiàn)改變泵浦光的強(qiáng)度或者材料樣品溫度能有效的控制光致雙折射值的大小，文中對(duì)其機(jī)理進(jìn)行了討論。
　　第三章，基于偶氮液晶材料物材料的光致各向異性，我們?cè)诓牧媳∧ぶ型瓿闪司€以及圓偏振全息光柵的記錄并對(duì)所記錄的偏振全息光柵的偏振轉(zhuǎn)換特性進(jìn)行了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)研究和理論推導(dǎo)。此外，采用二次曝光的方法在樣品的同一個(gè)點(diǎn)上記錄了兩個(gè)不同的圓偏振全息光柵，并對(duì)其偏振轉(zhuǎn)換特性進(jìn)行了研究。通過(guò)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)記錄的二次曝

6、光的偏振全息光柵并非是兩個(gè)單獨(dú)光柵的簡(jiǎn)單的疊加，其偏振轉(zhuǎn)換特性有了一定的變化。最后利用二次記錄的偏振全息光柵進(jìn)行了圖像的存儲(chǔ)與調(diào)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像光強(qiáng)、形貌及偏振態(tài)的實(shí)時(shí)控制。
　　第四章，作為光學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，光學(xué)邏輯運(yùn)算具有著高度的互聯(lián)性與并行性、高傳遞速度以及高開(kāi)關(guān)速度等優(yōu)勢(shì)，本章中，我們利用偶氮材料光致雙折射對(duì)線-圓偏振光的不同響應(yīng)實(shí)現(xiàn)“與”、“或”、“異或”等全光邏輯門。另外，利用二次曝光的偏振全息光柵實(shí)現(xiàn)光學(xué)邏輯運(yùn)算

7、中的加法和減法，并且完成“或”和“異或”的光學(xué)邏輯門的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。
　　第五章，本章中，我們對(duì)兩種有機(jī)高分子材料的雙光子熒光進(jìn)行了測(cè)量并對(duì)它們的熒光偏振調(diào)制特性進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，這兩種D-π-A型熒光材料具有優(yōu)異的雙光子熒光效應(yīng)，并且它們的雙光子熒光強(qiáng)度受到泵浦光的偏振調(diào)制并且與其調(diào)制特性激發(fā)光的線偏振組分緊密相關(guān)，且改變一些外在因素雙光子熒光的偏振調(diào)制效率也會(huì)產(chǎn)生改變。結(jié)合分子聚合以及激發(fā)態(tài)吸收的特性，對(duì)雙光子熒光偏振調(diào)制效